JP2005167771A

JP2005167771A - 輻輳の検出・制御方法およびその装置

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Publication number: JP2005167771A
Application number: JP2003405594A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Mori; 達哉森; Shuichi Sumita; 修一住田; Daisuke Sato; 大輔佐藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】ＩＰネットワークにおいて、特定の端末群にセッションが集中することによって発生する輻輳を検出・制御するための方法ならびにその装置を提供すること。
【解決手段】端末間のセッションを設定するセッション設定装置に隣接あるいは内蔵する形態で設置されるセッション制御装置が、セッション設定装置に要求されるセッション情報およびその応答を経時的に監視し、前記セッション要求における着信端末のアドレスなどの情報から、着信端末が属するグループ（特定の端末群）を判断し、前記要求に対する応答のパターンに基づいて、着信端末が属するグループ毎にセッションの不完了率およびセッション到着率を計測し、これらの値に基づいてグループ毎の輻輳検知を行い、輻輳が検出されたら、輻輳が検出されたグループに属する着信端末に向けたセッション要求を規制することによって輻輳制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、端末間の音声通話，映像通信，文字会話等のサービスを提供するＩＰネットワークにおいて、特定の端末群（以下、グループともいう）に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の制御を行う輻輳の検出・制御方法および装置に関するものである。

公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）は、広域に多数設置された電話端末間の音声通話サービスを提供するためのネットワークである。ＰＳＴＮでは、災害に伴う見舞い呼，問い合わせ呼および予約申込呼等による特定加入者もしくは特的地域へのセッションの集中が引き起こす輻輳に対して、全国一元的なトラヒックの監視・制御を可能としたネットワーク集中管理システムを用いることによりこれを制御・管理する。

すなわち、輻輳の検出は、加入者を収容する加入者線交換機およびこの加入者線交換機の上位に位置する市外着信交換機等において、トラヒックを計測することによって行われる。前記各交換機は、輻輳を検出すると、集中管理システムに輻輳情報を送信する。集中管理システムは、受信した輻輳情報を基に、制御対象番号，制御対象交換機，制御量を決定し、制御対象番号および制御量を制御対象交換機に送信する。

上述の情報を受信した制御対象交換機は、受信した制御対象番号および制御量を基に呼の発信規制を行う。これらの一連の手続きは、輻輳が解消されるまで実施され、集中管理システムは輻輳の解消を判断すると、各制御対象交換機に制御解除の指示を出す（非特許文献１，２参照）。

下垣，長谷川：「トラヒック制御システム(TCS-V2)の機能拡充」NTT技術ジャーナル,3-2(1991),pp.40-43 情報通信技術ハンドブック編集委員会、「情報通信技術ハンドブック」オーム社、pp.87-89,1987

一方、近年普及が進んでいるＩＰネットワークでは、端末間の通信は音声通話のみならず、映像通信，文字会話等多岐にわたるサービスが提供される。ＩＰネットワーク上で提供されるこれらのサービスにおいても、サービスの規模が拡大するに従って、ＰＳＴＮと同様に、特定加入者もしくは特定地域へのセッションの集中による輻輳の問題が顕著になると予測される。

ＩＰネットワークでは、一般に、ＰＳＴＮのようなネットワーク全体を監視・制御するネットワーク集中管理システムを持たない。従って、特定の端末群（グループ）にセッションが集中する輻輳の検出および制御をＩＰネットワーク上で実現するためには、前述のＰＳＴＮにおけるネットワーク集中管理システムに代わる輻輳の制御方法および装置が必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、前記従来技術に基づく問題点を解消し、端末間の音声通話ならびにその他のサービスを提供するＩＰネットワークにおいて、特定の端末群（グループ）にセッションが集中することによって発生する輻輳を検出・制御するための方法ならびにその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明においては、セッション制御装置が、端末間のセッションを設定するセッション設定装置に隣接あるいは内蔵する形態で設置される。そして、前記セッション制御装置は、セッション設定装置に要求されるセッション情報およびその応答を経時的に監視し、前記セッション要求における着信端末のアドレス等の情報から、着信端末が属するグループ（特定の端末群）を判断する。

さらに、前記セッション制御装置は、前記要求に対する応答のパターンに基づいて、着信端末が属するグループ毎にセッションの不完了率およびセッション到着率の少なくとも一方を計測し、これらの値に基づいてグループ毎の輻輳検知を行う。前記輻輳の検出が行われたら、輻輳が検出されたグループに属する着信端末に向けたセッション要求を規制することによって輻輳制御を行う。以上が、本発明に係る輻輳の検出・制御技術の特徴とするところである。

ここで、前記グループとは、前記着信端末が属するグループを決定するものであり、ネットワーク規模やネットワーク管理上の都合によって、ネットワーク事業者が任意の単位で定めることが可能である。より具体的には、日本国内における都道府県単位あるいは市町村単位，ネットワーク事業者が回線を管理する収容ビル単位あるいは加入者を収容するＩＰネットワークにおけるサブネット単位，セッション設定装置に収容する特定の端末群などであり、ネットワークの規模やネットワーク管理上の都合に応じて任意に定めることが可能である。

また、前記セッションの不完了率は、前記セッション制御装置が監視したセッション要求およびそれに対する応答のパターンから推定的に算出されるものであり、任意の値に定めることが可能な周期毎に、正常に完了したセッションの総数および正常に完了しなかったセッションの総数を計数し、両者の比をとることによって算出される。このセッションの不完了率は、前記周期が到来する毎に更新されることが好ましい。

また、前記セッション到着率は、前記セッション制御装置が監視したセッション要求の数をあらかじめ定められた周期毎に計数することによって算出される。このセッション到着率も、前記周期が到来する毎に更新されることが好ましい。

さらに、前記輻輳検知は、前述のグループ毎のセッションの不完了率およびセッション到着率が、それぞれあらかじめ任意の値に定めることが可能な閾値を越えた場合に輻輳と判定し、判定の際、セッション不完了率，セッション到着率のどちらを用いてもよいし、両者を組み合わせて輻輳判断を行うことも可能である。

また、前記セッション要求の規制は、前述の輻輳検知が行われた際、輻輳に該当するグループに属する着信端末に向けたセッション要求を含むパケット等のデータを確率的に無視、あるいは廃棄することによって実施することができる。ここで、上記確率は、あらかじめ定めてもよいし、前述のグループ毎に算出されたセッション到着率に応じて1次線形に比例するように定めてもよいし、さらに、ネットワーク事業者が発信端末に対して任意に定めることも可能である。

なお、上述のパケット等のデータ廃棄は、セッション制御装置が行ってもよいし、セッション制御装置がセッションを設定する装置に命令することによって実施するようにすることもできる。

また、前記輻輳の検知およびその制御に関する情報の記録は、輻輳の検知およびその制御（セッション規制）を実施したセッション制御装置において、輻輳を検知したグループや時間等の情報および規制を実施した時間，規制対象のグループ，規制を実施した端末のアドレスおよび規制回数等の情報を記録しておく手段を具備することにより、実現可能である。

本発明を適用することにより、端末間の音声通話，映像通信，文字会話等のサービスを提供するＩＰネットワークにおいて、特定の端末群（グループ）に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態につき、添付図面を参照しつつ、その装置構成例およびこれに基づく動作例を説明する。なお、以下の説明では、端末間のセッション設定にＩＥＴＦ（Ｉnternet Ｅngineering Ｔask Ｆorce）で標準化が進められているＳＩＰ（Ｓession Ｉnitiation Ｐrotocol）を利用し、セッションが特定の地域に属する端末に集中する地域輻輳を想定した実施例を取り上げるが、本発明の適用領域はこの限りではない。

〔実施形態１〕
図１に、本発明の一実施形態に係る輻輳検出・制御システムの構成例を示す。
図１において、それぞれのグループはＳＩＰプロキシサーバ101，201、セッション制御装置102，202、ＳＩＰクライアント103，203、ロケーションサーバ104，204から構成されている。

図１におけるarea1，area2は、物理的な地域に基づくグループを示し、地域は、例えば日本国内であれば都道府県等の単位で定めることができる。それぞれのグループＩＰネットワークに割り当てられるＩＰアドレス群に対応するドメイン名をarea1.example.jp，area2.example.jpのように設定する。

図１では、図面を判りやすくするため、グループは二つのみが描かれているが、実際には多数のグループが存在し、これらにも同様にarea3.example.jp，area4.example.jp……のようなドメインを割り当てるものとする。

それぞれのグループには、セッション設定装置としてＳＩＰプロキシサーバ101，201が設置され、これに隣接ないしは内蔵される形態によりセッション制御装置102，202が設置される。ここで、ＳＩＰプロキシサーバ101，201は、セッション実行中の全ＳＩＰトランザクションの情報を管理するコールステートプロキシサーバとする。

すなわち、本システム構成においてarea1に属するuser_2がarea2に属するuser_Aにセッション要求を行う場合、user_2，user_A間のセッションは、それぞれのグループに設置された二つのＳＩＰプロキシサーバ101，201の両者を経由する通信によって実現される。

また、問い合わされたＳＩＰＵＲＩから現在のユーザのロケーションアドレスを変換するロケーションサーバ104，204は、それぞれのグループに設置され、それぞれのグループに割り当てられたドメインに対応するＳＩＰＵＲＩ群を管理する。ＳＩＰプロキシサーバ101，201の配下に設置されるＳＩＰクライアントには、ユーザ毎に「ユーザアカウント名＠グループ毎のＳＩＰドメイン」の形式でＳＩＰＵＲＩを設定する。

すなわち、area1に属するアカウント名がuser_1のＳＩＰクライアントに設定されるＳＩＰＵＲＩは「user_1@area1.example.jp」のようになる。このようなドメインおよびＳＩＰＵＲＩとグループの対応付けが可能になる。

以下では、area1に設置されたセッション制御装置102を例にとって動作を説明する。
Area1におけるセッション制御装置102は、area1内のＳＩＰクライアント103からＳＩＰプロキシサーバ101（sip.area1.example.jp）に要求されるセッション要求、および着信先端末あるいはＳＩＰプロキシサーバから応答されるセッションのパターンを監視し、グループ毎のセッションの不完了率およびセッション到着率を計測する。

図４にセッションの不完了率の計測に係る動作フローを、また、図５にセッション到着率に係る動作フローを示した。具体的な動作は、以下に説明される。

ここで、グループは、セッション要求に含まれる着信端末のＳＩＰＵＲＩから識別することができる。すなわち、セッション要求に含まれる着信端末のＳＩＰＵＲＩがuser_B@area2.example.jpであれば、該当セッション要求の着信端末はarea2に属すると識別することができる。

セッションの不完了率は、例えばＳＩＰにおけるinviteメッセージと対応する200 OKメッセージ、およびbyeメッセージと対応する200 OKメッセージの全てを含み、正常に終了したセッション数を計数するとともに、inviteメッセージに対する200 OKメッセージが返信されなかったセッション、およびcancelメッセージが存在したセッション、および486 Busy Hereメッセージや503 Service Unavailableメッセージなどのエラーメッセージが存在した等の、セッションが正常に終了しなかったセッションを計数し、これらの比をとることによって算出する（図４参照）。

以上は、セッションの正常終了を判断するための一例であるが、ここに挙げた方法以外にも、ＳＩＰメッセージの組み合わせや、その他のヘッダ情報を用いることにより、正常終了の判断を行うことも可能である。

また、セッション到着率は、ＳＩＰプロキシサーバに送信されるinviteメッセージを含むセッション要求数を計数することによって算出される（図５参照）。セッションの不完了率およびセッション到着率はあらかじめ定められた周期毎に計数され、前記周期が到来する毎に値が更新される。
なお、セッション要求数の計測は延べ数でもあってもよいし、ＳＩＰにおけるユニークなＣall-ＩＤヘッダ・フィールド値毎の値であってもよい。

すなわち、複数のinviteメッセージが計測された場合でも、全て同一のＣall-ＩＤヘッダ・フィールド値を持つときは、セッション要求数は１と計数する。

前記セッションの不完了率およびセッション到着率をグループ毎に算出し、あるグループに対してそれぞれの値があらかじめ定められた閾値を超えた場合、そのグループは輻輳状態にあると検知し、当該グループに対するセッション要求をあらかじめ任意の値に定めることが可能な確率をもって廃棄する。

すなわち、area1のセッション制御装置102が、area2が輻輳状態であると検知した場合、着信端末のＳＩＰＵＲＩのドメイン名にarea2.example.jpが設定されたセッション要求を含むＩＰパケットを確率的に破棄することによってセッション要求の規制（すなわち輻輳規制）を行う。

図６に上述のセッション制御装置における輻輳状態検出に係る動作フローを示した。
前述の通り、輻輳状態検出に際しては、セッションの不完了率およびセッション到着率の少なくとも一方を計測し、これらの値に基づいてグループ毎の輻輳検知を行う。

ここで、前記パケットの廃棄は、area1のセッション制御装置102が直接行ってもよいし、セッション制御装置102がarea1のＳＩＰプロキシサーバ101に指示を出すことによってＳＩＰプロキシサーバ101が実施してもよい。

前記輻輳規制は、着信端末がarea2であるセッションの不完了率およびセッション到着率があらかじめ定められた閾値よりも低くなる場合、すなわち輻輳が解除されたと判断されるまで継続して実施される。

上記実施形態によれば、ＩＰネットワークにおいて、特定の端末群（グループ）に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の制御が可能となるという効果が得られる。

〔実施形態２〕
実施形態１では、グループ毎に異なるドメインを割り当てることにより、ＳＩＰＵＲＩとグループの対応付けを行った。実施形態２では、上記とは異なり、グループ間で同一のドメインを割り当てる場合においても、図２に示すようなシステム構成を用いることでＳＩＰＵＲＩとグループの対応付けガできることを示す。

図２に示したように、area1、area2に対して、それぞれ異なるセグメントを持つＩＰアドレス群を割り当てる。図２の例では、area1に10.0.1.0/24のセグメントを割り当て、area2に10.0.2.0/24のセグメントを割り当てる。

図２でも、図面を判りやすくするためグループは二つのみ描かれているが、実際には多数のグループが存在し、これらも同様に異なるセグメントを割り当てるものとする。各セッション制御装置102，202は、上で割り当てたＩＰアドレスセグメントと対応するグループの対応表を持つ。また、ＳＩＰＵＲＩのドメイン名は全てグループ名（area）を含まないexample.jpに設定する。

このシステム構成においてarea1に属するuser_2がarea2に属するuser_Aにセッション要求を行う場合、user_2、user_A間のセッションはarea1に設置されたＳＩＰプロキシサーバ101を経由する通信によって実現される。

area1のユーザuser_1がarea2のユーザuser_Bに通信を行う場合、user_1はarea1に設置されたＳＩＰプロキシサーバ101にuser_B@example.jp宛のセッション要求を含むＳＩＰメッセージを送信する。

ＳＩＰプロキシサーバ101はロケーションサーバ104への問い合わせを行い、ロケーションサーバ104は、user_B@example.jpに対して登録された現在のロケーションアドレスをＳＩＰプロキシサーバ101に送信する。

前記返信されたロケーションアドレスは、user_Bを収容するホストに割り当てられているＦＱＤＮ（全ドメイン名）であるかＩＰアドレスであり、ＦＱＤＮの場合でもＤＮＳサーバへの問い合わせを実施することによりＩＰアドレスを得ることができる。
例えば、user_Bのロケーションアドレスが10.0.2.114であれば、これは10.0.2.0/24セグメントに属するので、user_Bはarea2に属することがわかる。

すなわち、ＳＩＰプロキシサーバsip.area1.example.jpでは、着信端末のＳＩＰＵＲＩに対応する現在のＩＰアドレスをロケーションサーバに問い合わせ、前記ＩＰアドレスと前記対応表を比較することにより、該当着信端末のＳＩＰＵＲＩと該当着信端末が属するグループとの対応付けを行う。

以降の輻輳検知および輻輳規制については、実施形態1と同様にして実施することが可能である。

本実施形態によっても、ＩＰネットワークにおいて、特定の端末群（グループ）に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の制御が可能となるという効果が得られる。

〔実施形態３〕
上述の各実施形態においては、本発明をＩＰネットワーク間における輻輳の制御に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来の、ＰＳＴＮに接続されるＩＰネットワークにおいても、上と同様に機能するものである。

例えば、図３に示すような、ＰＳＴＮに接続されるＩＰネットワークを考える。
ここで、ＰＳＴＮ側のＧＷ（ゲートウェイ）装置301に前述のセッション制御装置302を組み込む（もしくは、接続する）ことにより、ＰＳＴＮ内の端末（電話機）からＩＰネットワーク内の端末に対するセッション要求があった場合に、セッション制御装置はこれに対して前述のようにセッションの不完了率あるいはセッション到着率を計測する。

そして、セッション制御装置は、この計測結果に基づいて前述のようなセッション要求の規制を行い、輻輳の発生を未然に防止することを可能とする。この過程は、セッション要求の発信元こそ異なるものの、セッション要求を行う発信端末のセッション設定を行う装置に隣接あるいは内蔵する形態で設置されるセッション制御装置において実施される点で、本発明の一実施形態ということができる。

本実施形態によっても、ＰＳＴＮに接続された、より広域的なＩＰネットワークにおいて、特定の端末群（グループ）に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の制御が可能となるという効果が得られる。

なお、上記各実施形態はいずれも本発明の一例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるべきものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜の変更・改良を行ってもよいことはいうまでもない。

本発明の実施形態１に係るシステムの構成例を示す図である。本発明の実施形態２に係るシステムの構成例を示す図である。本発明の実施形態３に係るシステムの構成例を示す図である。実施形態１〜３におけるセッション不完了率の計測に係る動作フロー図である。実施形態１〜３におけるセッション到着率の計測に係る動作フロー図である。実施形態１〜３における輻輳の検出に係る動作フロー図である。

符号の説明

101，201 ＳＩＰプロキシサーバ
102，202，302 セッション制御装置
103，203 ＳＩＰクライアント
104，204 ロケーションサーバ
301 ＧＷ（ゲートウェイ）装置
303 ＰＳＴＮクライアント

Claims

端末間の音声通話，映像通信，文字会話等のサービスを提供するＩＰネットワークにおいて、特定の端末群に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の検出・制御を行う方法であって、
輻輳の検出および制御は、セッション要求を行う発信端末のセッション設定を行う装置に隣接あるいは内蔵する形態で設置されるセッション制御装置において実施され、
前記セッション制御装置は、
セッション要求における着信端末の存在位置の情報から、当該着信端末が属する前記端末群ごとにセッションの不完了率およびセッション到着率の検出を行うステップと、
これらの検出結果に基づき、輻輳が検出された特定の端末群に属する着信端末に対するセッション要求を規制することにより輻輳制御を行うステップと
を有することを特徴とする輻輳の検出・制御方法。
前記セッションの不完了率は、監視したセッションの記録に基づき、正常に完了したセッションの総数、およびセッションが正常に完了しなかった総数の比を取ることによって推定的に算出され、これらの値は任意に設定が可能な周期が到来する毎に経時的に更新されることを特徴とする請求項１に記載の輻輳の検出・制御方法。
前記セッション到着率は、監視したセッションの記録に基づき、セッション要求数をあらかじめ定められた周期毎に計測することによって算出され、周期毎に更新されることを特徴とする請求項１に記載の輻輳の検出・制御方法。
前記特定の端末群毎の輻輳検知は、特定の端末群毎のセッションの不完了率およびセッション到着率が、それぞれあらかじめ定められた閾値を超えた場合に輻輳と判定することを特徴とする請求項１に記載の輻輳の検出・制御方法。
前記特定の端末群毎の輻輳判定の際に、セッションの不完了率およびセッション到着率のいずれか一方、もしくは両者を組み合わせて輻輳判断を行うことを特徴とする請求項４に記載の輻輳の検出・制御方法。
さらに、前記セッション制御装置は、
輻輳の検知およびセッション要求の規制において、輻輳を検知した特定の端末群や時間等の情報および規制を実施した時間，規制対象となる特定の端末群，規制を実施した端末のアドレスおよび規制回数等の情報を記録するステップを有する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の輻輳の検出・制御方法。
端末間の音声通話，映像通信，文字会話等のサービスを提供するＩＰネットワークにおいて、特定の端末群に対するセッション要求が集中することによって生じる輻輳の検出および輻輳の検出・制御を行う装置であって、
セッション要求を行う発信端末のセッション設定を行う装置に隣接あるいは内蔵する形態で設置される、輻輳の検出および制御を行うセッション制御装置を有し
このセッション制御装置は、
セッション要求における着信端末のアドレスなどの情報から、着信端末が属する特定の端末群ごとにセッションの不完了率およびセッション到着率を算出し、これに基づいて輻輳を検出する検出手段と、
該手段により輻輳が検出された特定の端末群に属する着信端末に対するセッション要求を規制することにより輻輳制御を行う制御手段と
を有することを特徴とする輻輳の検出・制御装置。
前記セッションの不完了率は、監視したセッションの記録に基づき、正常に完了したセッションの総数、およびセッションが正常に完了しなかった総数の比を取ることによって推定的に算出され、これらの値は任意に設定が可能な周期が到来する毎に経時的に更新されることを特徴とする請求項７に記載の輻輳の検出・制御装置。
前記セッション到着率は、監視したセッションの記録に基づき、セッション要求数をあらかじめ定められた周期毎に計測することによって算出され、周期毎に更新されることを特徴とする請求項７に記載の輻輳の検出・制御装置。
前記セッション制御装置は、輻輳を検出した特定の端末群や時間等の情報および規制を実施した時間，規制対象となる特定の端末群，規制を実施した端末のアドレスおよび規制回数等の情報を記録しておく手段を具備することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の輻輳の検出・制御装置。